製造行星並非易事。
首先你需要一個圍繞新生恆星旋轉的氣體和塵埃盤。盤中的岩石和礦物顆粒以某種方式聚集在一起，最終成長為整個世界。但是，塵埃顆粒究竟如何粘合在一起長期以來困擾著科學家。靜電力會形成鵝卵石大小的團塊，類似於沙發下形成的灰塵團。但這個過程在更大的尺度上會逐漸減弱，更大的物體在碰撞時會彈開或破碎，而不是粘在一起。一定有其他因素在引導行星的早期生長，但究竟是什麼呢？
大約十年前，天體物理學家安德魯·尤丁（現任職於亞利桑那大學）和普林斯頓大學的傑里米·古德曼發現，盤中旋轉的塵埃顆粒與氣體之間的阻力可以形成行星的種子。尤丁和古德曼將他們提出的行星形成機制稱為“流式不穩定性”。
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尤丁說，塵埃的行為類似於賽跑中的腳踏車手為了減少阻力而擠在一起。“這是我們目前理解行星形成過程如何真正開始的最佳方法之一，”他說。這種阻力——正是使你逆風行駛更加困難的力——促使顆粒聚整合團，然後透過自身的引力迅速坍縮成固體，形成大塊物質，這些物質結合在一起形成完整的行星。“在過去十年裡，出現了很多相關研究，因為（流式不穩定性）可能代表了我們對行星如何形成的理解的突破，”加州理工學院的天體物理學家菲利普·霍普金斯說。
但現在可能還有更多故事。
在最近的一系列論文中，霍普金斯和他的加州理工學院同事喬納森·斯奎爾描述了塵埃在氣體中拖拽如何產生深遠的影響，超越了行星形成盤，延伸到整個宇宙。盤中的氣體導致軌道上的塵埃顆粒減速——允許其他顆粒在它們後面堆積。這些堆積的顆粒會在氣體中產生尾流，吸引附近的其他顆粒，就像舞會上的康加舞一樣。根據是否存在電磁場等條件，塵埃可以在各種尺度上形成團塊、薄片、細絲或其他結構。
這種被稱為“共振阻力不穩定性”的過程是一種更廣泛的現象，包括流式不穩定性。它們都依賴於與阻力的相同型別的相互作用，但流式不穩定性是發生在行星盤中的一個特例。然而，從理論上講，阻力不穩定性應該發生在任何存在塵埃和氣體的地方——例如黑洞和恆星周圍，甚至在星際空間的深處。“任何時候你試圖讓粒子在氣體中移動，都會出現這種不穩定性的變體，”霍普金斯說。這種不穩定性可能在各種過程中發揮重要作用，從某些恆星如何透過吹出恆星風來衰老和死亡，到火山灰如何在行星大氣中沉降。
特別是，研究人員發現了一種新型的阻力不穩定性，它也可能發生在行星形成盤中。在這個被稱為“沉降不穩定性”的過程中，塵埃在盤內沉降時可能會聚整合同心圓環，從而可能增強流式不穩定性，並加速行星的快速形成。“普遍的感覺是，需要的不僅僅是流式不穩定性，”霍普金斯說。“許多人擔心的是，這種特定不穩定效能夠執行的特定環境非常狹窄。”流式不穩定性在塵埃豐富的環境中效果最佳，在這種環境中，只有一定粒徑的顆粒才會沉降到氣體中的薄盤中。只有一部分行星形成盤可能滿足這些標準，但統計資料表明所有恆星都有行星。從理論上講，其他由阻力驅動的行星形成機制（如霍普金斯和斯奎爾的提案中的沉降不穩定性）可以彌補這一差異。
“行星形成是人類最偉大的智力好奇之一，”加州理工學院的天體物理學家康斯坦丁·巴蒂金說，他沒有參與任何一組的研究。“關於如何形成構建模組的問題困擾該領域數十年。對最小碎片如何形成有這種新興的理解，我認為這是一個非常重要的突破。”
其他人則不太確定。研究氣體動力學的普林斯頓大學天體物理學家吉姆·斯通說，流式不穩定性已經相當普遍，並且發揮著如此大的作用，似乎不需要太多幫助。“很難想象還有什麼更重要的，”他說。
然而，研究人員一致認為，需要做更多的工作來研究霍普金斯和斯奎爾的機制及其影響。特別是，需要更好的計算機模擬來模擬特定場景（例如這對夫婦提出的環形沉降不穩定性）如何在更真實、更湍流和更混亂的條件下產生和演變。霍普金斯說，這樣的模擬已經開始進行。此外，新的射電望遠鏡觀測可以窺視行星形成盤的黑暗核心，也可以為支援或反對沉降不穩定性等過程提供更多證據，尤丁說。
“這項工作真正有趣的地方在於他們統一了數學，”斯通說，表明包括流式不穩定性在內的阻力不穩定性本質上是相同的。他指出，最令人興奮的可能是這些現象可能發生在整個宇宙中。
它們甚至可能發生在地球上。霍普金斯說，他和斯奎爾聽取了火山學家的報告，他們懷疑已經目睹了地球大氣中火山灰降落時發生阻力不穩定性的證據。火山灰下落時團聚得越多，它阻擋的陽光就越少，從而減少了它對地球的冷卻效應；因此，瞭解阻力不穩定性如何影響火山噴發，可能對改進氣候變化模型至關重要。
儘管如此，在現階段，對阻力不穩定性的新興研究尚未明確解決任何謎團。“我認為這不是在關閉問題，”尤丁說，“而是真正打開了新的研究途徑。”